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대비는 모든 자동화 검사 시스템의 중추를 형성합니다. 엔지니어는 종종 소프트웨어 알고리즘을 사용하여 열악한 대비를 디지털 방식으로 향상시킵니다. 그렇게 하면 처리 대기 시간이 늘어나고 회선 속도가 제한됩니다. 카메라 센서는 노출 중에 뚜렷한 가장자리 데이터를 캡처해야 합니다. 그렇지 않으면 소프트웨어 알고리즘이 누락된 시각적 정보를 안정적으로 다시 생성할 수 없습니다. 하드웨어 현실은 전체 비전 시스템의 성공을 좌우합니다.
이미지가 프로세서에 도달하기 전에 광학 문제를 해결해야 합니다. 이 기사에서는 올바른 파장을 선택하는 것이 시스템 신뢰성을 결정하는 방법을 설명합니다. 올바른 조명 색상을 선택하면 잘못된 리젝트를 최소화하고 전체 장비 효율성(OEE)을 최적화할 수 있습니다. 재료와 형상에 특정 파장을 맞추는 방법을 배우게 됩니다. 동적 생산 환경을 위한 고급 하드웨어 옵션을 살펴보겠습니다. 이러한 조명 원리를 익히면 완벽한 대비가 보장됩니다.
색상 규칙: 특징을 밝게 하려면 동일한 색상의 조명을 사용하십시오. 특징을 어둡게 하려면(배경과 대비를 높이려면) 보색(반대)을 사용하세요.
가시 광선 너머: 비가시 파장(NIR 및 UV)은 재료를 관통하거나 형광을 유발하고 표면 수준의 시각적 노이즈를 우회하여 복잡한 검사 작업을 해결합니다.
동적 유연성: 멀티 컬러 머신 비전 바 조명과 같은 폼 팩터를 사용하면 하드웨어 전환 없이 혼합 생산 라인에서 소프트웨어로 제어되는 대비 조정이 가능합니다.
기하학 문제: 파장만으로는 충분하지 않습니다. 반사 표면이나 곡면에는 올바른 색상과 올바른 전달 방법(예: 다중 스펙트럼 동축 머신 비전 조명)을 결합하는 것이 중요합니다.
빛은 매우 예측 가능한 방식으로 물리적 재료와 상호 작용합니다. 우리는 이것을 조명의 기본 규칙이라고 부릅니다. 재료는 들어오는 광선을 흡수하거나 반사합니다. 이 동작을 조작하여 특정 부품 기능을 분리할 수 있습니다.
특정 기능을 밝게 하려면 밝은 색상을 부품 색상과 일치시킵니다. 물체는 일치하는 빛을 센서로 다시 반사합니다. 이 프로세스는 더 어두운 배경에서 기능을 효과적으로 씻어냅니다. 반대로 기능을 어둡게 하여 눈에 띄게 만들 수 있습니다. 색상환의 반대 색상을 사용하면 이를 달성할 수 있습니다. 이 기능은 보색을 흡수합니다. 그러면 단색 센서에는 완전히 검은색으로 나타납니다. 이 방법은 가장자리 감지를 위한 최대 대비를 제공합니다.
대부분의 정밀 산업 검사에서는 흑백 카메라를 사용합니다. 여기에서는 왜 컬러 센서가 덜 일반적인지 궁금할 것입니다. 컬러 센서는 픽셀에 대해 베이어 필터를 사용합니다. 이 필터는 색상을 보간하므로 본질적으로 이미지 해상도가 감소합니다. 흑백 센서는 필터링 없이 원시 휘도 데이터를 캡처합니다. 특정 빛의 파장과 결합하면 가장자리 선명도가 훨씬 뛰어납니다.
넓은 스펙트럼의 백색광은 또 다른 중요한 광학적 과제를 제시합니다. 백색광에는 여러 파장이 포함되어 있습니다. 각 파장은 유리 렌즈를 통과하면서 다르게 휘어집니다. 우리는 이 현상을 색수차라고 부릅니다. 밀리미터 미만 검사에서는 가장자리 흐림과 색상 번짐이 발생합니다. 단색광은 이러한 광학적 결함을 완전히 제거합니다. 단일 파장은 렌즈를 통해 균일하게 구부러져 면도날처럼 날카로운 가장자리를 보장합니다.
표 1: 가시적 머신 비전 파장 비교
색상 파장 |
이상적인 표면 유형 |
기본 애플리케이션의 장점 |
|---|---|---|
빨간색(620-660nm) |
어둡거나 무광택 또는 불투명한 표면 |
비용 효율적; 불투명한 재료에 약간의 침투를 제공합니다. |
파란색(460~490nm) |
반사율이 높은 금속, 은, 강철 |
덜 흩어집니다. 미세한 결함에 대해 매우 날카로운 모서리 감지 기능을 제공합니다. |
녹색(520-530nm) |
다양한 색상의 PCB, 빨간색/황색 기능 |
빨간색 요소를 어둡게 하여 뚜렷한 검정색 대비를 만드는 데 탁월합니다. |
흰색(광대역) |
다양한 색상의 포장, 소매 바코드 |
컬러 카메라와 페어링하면 트루 컬러 확인이 가능합니다. |
가시광선 파장을 선택하려면 특정 검사 대상을 프로파일링해야 합니다. 현대 제조 라인 전반에 걸쳐 사용되는 핵심 옵션을 평가해 보겠습니다.
일반검사에서는 적색등이 기준이 됩니다. 어둡거나 무광택 표면에 매우 효과적입니다. 빨간색 파장은 상대적으로 길다. 이는 더 짧은 파장보다 불투명한 물질에 약간 더 깊게 침투합니다. 이로 인해 빨간색은 표준 존재/부재 확인에 매우 비용 효율적이고 다용도로 사용됩니다.
청색광은 반사율이 높은 금속을 검사할 때 탁월합니다. 은, 강철, 가공된 알루미늄에 적합합니다. 파란색 파장은 빨간색 파장보다 훨씬 짧습니다. 표면에 부딪힐 때 덜 흩어집니다. 이 정확한 동작은 매우 날카로운 가장자리 감지를 제공합니다. 표면의 미세한 흠집이나 미세한 결함을 찾으려면 블루라이트를 지정해야 합니다.
녹색 조명은 특정 대비 문제를 해결합니다. 엔지니어들은 다양한 색상의 인쇄 회로 기판(PCB)을 검사하는 데 이 장치를 자주 사용합니다. 녹색은 색상환에서 빨간색 반대편에 위치합니다. 이를 사용하여 빨간색이나 황색 기능을 구체적으로 어둡게 할 수 있습니다. 이는 센서의 구리 흔적이나 특정 전자 부품을 칠흑색으로 만듭니다.
백색광은 전체 가시 스펙트럼을 결합합니다. 명시적인 색상 확인이 필요한 애플리케이션에 가장 적합합니다. 이를 위해서는 컬러 카메라와 페어링해야 합니다. 또한 다양한 색상의 포장에 있는 바코드를 읽는 데에도 도움이 됩니다. 그러나 백색광에는 큰 단점이 있습니다. 이는 대상 단색 설정에 비해 전체 대비가 낮습니다.
때때로 가시광선만으로는 검사 문제를 해결할 수 없습니다. 가시광선 스펙트럼을 넘어서야 합니다. 근적외선 파장은 일반적으로 850~940nm 사이에서 작동합니다. 이러한 긴 파장은 다양한 산업 재료와 고유하게 상호 작용합니다.
침투는 NIR의 주요 사용 사례입니다. 전용 NIR 머신 비전 조명은 불투명한 플라스틱 병을 통해 바로 볼 수 있습니다. 이를 통해 내부 액체 충전 수준을 즉시 확인할 수 있습니다. 또한 특정 반도체 재료에도 침투합니다. 엔지니어들은 NIR을 사용하여 실리콘 웨이퍼 내부 구조를 검사합니다.
색상 중화는 또 다른 주요 응용 분야입니다. 소비자 포장에는 혼란스럽고 다양한 색상으로 인쇄된 예술 작품이 있는 경우가 많습니다. 이 작품은 카메라에 심각한 시각적 노이즈를 발생시킵니다. NIR 빛은 이 인쇄된 잉크를 완전히 무시합니다. 이를 통해 카메라는 물리적인 결함에만 엄격하게 초점을 맞출 수 있습니다. 아트워크 간섭 없이 찢어짐, 주름 또는 열 밀봉을 쉽게 검사할 수 있습니다.
이러한 파장은 또한 뚜렷한 운영상의 이점을 제공합니다. NIR은 인간 조작자에게는 전혀 보이지 않습니다. 고강도 스트로브 조명은 사람이 밀집된 조립 라인에서 심각한 눈의 피로를 유발할 수 있습니다. NIR로 전환하면 이러한 안전 위험이 완전히 제거됩니다. 비전 시스템은 공장 현장을 방해하지 않고 빠르게 플래시할 수 있습니다.
파장 선택은 전투의 절반에 불과합니다. 부품 형상은 대비에 큰 영향을 미칩니다. 각진 방향광은 종종 눈부신 정반사를 생성합니다. 이 눈부심은 평평하거나 반사율이 높거나 투명한 표면에 대한 검사를 방해합니다. 유리 패널, 광택 금속 및 광택 PCB는 조명하기가 매우 어렵습니다.
동축 조명 기술은 반사광에 대한 탁월한 솔루션을 제공합니다. 축상 조명을 활용합니다. 고정물은 빛을 물체를 향해 수직으로 향하게 합니다. 빛은 내부 빔 스플리터를 통과합니다. 카메라는 동일한 광학 경로를 통해 아래를 내려다봅니다. 이는 거울과 같은 표면에서 균일하고 눈부심 없는 반사를 포착합니다.
현대 제조에는 훨씬 더 많은 유연성이 필요합니다. 여러 파장을 단일 동축 하우징에 통합하면 혼합 부품 검사가 해결됩니다. 에이 다중 스펙트럼 동축 머신 비전 조명이 이러한 기능을 제공합니다. 빨간색, 파란색 또는 IR 채널 간의 자동 전환이 가능합니다.
시스템은 현재 라인에 있는 특정 재료에 따라 조정됩니다. 배치마다 최적의 대비를 위해 서로 다른 파장이 필요합니다. 다중 스펙트럼 설비는 이러한 동적 환경을 원활하게 처리합니다. 수동 고정 장치 조정 없이 모든 부품에 완벽한 조명을 얻을 수 있습니다.
HMLV(고혼합/소량) 제조 라인에는 대규모 조명 문제가 있습니다. 기존 설정에서는 제품 SKU가 변경되면 수동으로 하드웨어를 전환해야 합니다. 이 프로세스는 귀중한 생산 시간을 낭비합니다. 작업자는 조명 기구를 물리적으로 교체하고 각도를 재보정해야 합니다.
확장 가능한 조명 솔루션은 이러한 가동 중지 시간을 제거합니다. 프로그래밍 가능 멀티 컬러 머신 비전 바 조명은 RGBW 기능을 갖추고 있습니다. 이를 통해 PLC는 특정 색상 채널을 즉시 트리거할 수 있습니다. 시스템은 수신 바코드를 읽고 해당 SKU에 필요한 정확한 색상을 실행합니다.
단순한 단색 막대를 구입하는 것보다 초기 자본 지출이 자연스럽게 높습니다. 그러나 투자 수익은 빠른 업그레이드를 정당화합니다. 전환 중단 시간을 제거함으로써 이러한 이점을 실현할 수 있습니다. 또한 하나의 고정 장치가 4개를 대체하므로 예비 부품 재고가 크게 줄어듭니다.
혼합된 자동차 부품 흐름을 검사하는 애플리케이션을 생각해 보십시오. 이 라인에서는 검정색, 빨간색, 은색 플라스틱을 순차적으로 처리합니다. 대비 요구 사항은 분 단위로 변경됩니다. 다양한 색상의 바 조명이 이를 완벽하게 처리합니다. 빨간색 부분은 녹색으로, 은색 부분은 파란색으로 깜박여 최적의 OEE를 유지합니다.
광학 설정을 설계할 때 추측하지 마십시오. 안정적인 고대비 이미징을 보장하려면 이 구조화된 프레임워크를 따르세요.
재료 및 형상 프로파일링. 먼저 표면 마감을 결정합니다. 무광인가요, 광택인가요, 아니면 투명인가요? 부품의 형상을 식별합니다. 이는 색상 요구 사항과 막대, 링 또는 돔과 같은 폼 팩터를 모두 결정합니다.
주변광 거부 전략. 공장 바닥 조명은 끊임없이 변화합니다. 지게차 스트로보와 채광창은 이미지 품질을 저하시킵니다. 모범 사례: 단색 LED 조명을 항상 카메라 렌즈의 일치하는 광학 대역 통과 필터와 페어링하세요. 이렇게 하면 외부 시각적 소음으로부터 검사를 격리할 수 있습니다.
열 및 스트로브 고려 사항. 조명기가 과열되면 LED 파장이 표류할 수 있습니다. 우리는 이것을 색상 변화라고 부릅니다. 일반적인 실수: 적절한 냉각 없이 고강도 LED를 지속적으로 작동합니다. 해결책: 고품질 방열판을 지정하십시오. 강도를 유지하려면 스트로빙(오버드라이빙)을 활용하세요. 스트로빙은 하드웨어 수명을 연장하는 동시에 정확한 파장 안정성을 보장합니다.
개념 증명(PoC) 테스트. 순전히 이론에만 기반하여 하드웨어를 지정하지 마십시오. 요청 머신 비전 조명 평가 키트. 공급업체의 실제 생산 부품의 대비 값을 검증하십시오. 구매를 마무리하기 전에 항상 실제 공장 허용 오차에 따라 테스트하십시오.
대비는 모든 자동화 검사 시스템의 신뢰성을 확고하게 결정합니다. 원본 이미지에서 결함을 명확하게 볼 수 없으면 소프트웨어가 사용자를 구할 수 없습니다. 일반적인 백색광에서 고도로 목표화된 단색 시스템으로 전환하는 것이 필수적입니다. NIR 또는 프로그래밍 가능한 다색 고정 장치를 채택하면 성능이 저하된 비전 시스템이 대폭 개선됩니다.
이러한 타겟 하드웨어 업그레이드는 즉각적인 운영 안정성을 제공합니다. 이는 처리 대기 시간을 줄이고 더 빠른 회선 속도를 가능하게 합니다. 현재의 허위 거부율을 감사하는 것부터 시작하십시오. 다음으로 평가 키트를 사용하여 특정 파장에 대해 샘플 부품을 테스트합니다. 값비싼 새 소프트웨어나 카메라 센서에 투자하기 전에 조명 하드웨어를 업그레이드하세요.
A: 가능하지만 매우 비효율적입니다. 컬러 센서에는 들어오는 빛을 차단하는 내부 베이어 필터가 있습니다. 이로 인해 전체 카메라 감도가 최대 60%까지 감소됩니다. 유색광과 결합된 흑백 센서는 매우 뛰어난 선명도, 검사 속도 및 가장자리 대비를 제공합니다.
A: 주변광은 측정되지 않은 파장을 카메라 센서에 유입시켜 대비를 저하시킵니다. 채광창, 머리 위 LED 및 지게차 스트로브는 예측할 수 없는 그림자를 유발합니다. 표준 솔루션에는 렌즈의 엄격한 광학 대역통과 필터와 결합된 단색 조명을 사용하는 것이 포함됩니다. 이렇게 하면 전용 광원을 제외한 모든 것이 차단됩니다.
A: 백색 LED는 성능이 더 빨리 저하됩니다. 그들은 백색광을 생성하기 위해 인광체 코팅에 의존합니다. 이 코팅은 시간이 지남에 따라 품질이 저하되어 색온도가 천천히 변합니다. 진정한 단색 LED(빨간색, 파란색, NIR)는 느리게 저하되고 절대 파장 안정성을 훨씬 더 오래 유지합니다. 적절한 열 관리는 모든 유형에 여전히 중요합니다.
